Кристален осцилатор и схема

Кристален осцилатор и схема

Кристалният осцилатор е електронна осцилаторна верига, която се използва за механичния резонанс на вибриращ кристал от пиезоелектричен материал. Той ще създаде електрически сигнал с дадена честота. Тази честота обикновено се използва за проследяване на времето, например ръчните часовници се използват в цифрови интегрални схеми, за да осигурят стабилен тактов сигнал и също се използват за стабилизиране на честотите на радиопредавателите и приемниците. Кварцовият кристал се използва главно в радиочестотни (RF) осцилатори. Кварцовият кристал е най-често срещаният тип пиезоелектричен резонатор , в осцилаторни вериги, ние ги използваме, така че стана известен като кристални осцилатори. Кристалните осцилатори трябва да бъдат проектирани да осигуряват товароносимост.



Има различни видове осцилатори електронни схеми които се използват, а именно: Линейни осцилатори - осцилатор Хартли, осцилатор с фазово изместване, осцилатор Армстронг, осцилатор Clapp, Осцилатор на Колпитс . Релаксационни осцилатори - Royer осцилатор, пръстен осцилатор, мултивибратор и Осцилатор с контролирано напрежение (VCO). Скоро ще обсъдим подробно кристалните осцилатори като работата и приложенията на кристален осцилатор.


Какво представлява кварцов кристал?

Кварцов кристал проявява много важно свойство, известно като пиезоелектричен ефект. Когато се прилага механично налягане през челата на кристала, върху кристала се появява напрежение, пропорционално на механичното налягане. Това напрежение причинява изкривяване в кристала. Изкривеното количество ще бъде пропорционално на приложеното напрежение, а също и на алтернативно напрежение, приложено към кристал, който причинява да вибрира с естествената си честота.





Кварцова кристална верига

Кварцова кристална верига

Фигурата по-долу представлява електронен символ на пиезоелектричен кристален резонатор, а също и кварцов кристал в електронен осцилатор, който се състои от резистор, индуктор и кондензатори.



Диаграма на кристалния осцилатор

Горната фигура е 20psc нов 16MHz кварцов кристален осцилатор и това е един вид кристални осцилатори, който работи с честота 16MHz.

Кристален осцилатор

Кристален осцилатор

В общи линии, биполярни транзистори или FET се използват при изграждането на вериги на кристални осцилатори. Това е така, защото операционен усилвател s могат да се използват в различни нискочестотни осцилаторни вериги, които са под 100KHz, но са в експлоатация усилватели нямат честотна лента за работа. Ще бъде проблем при по-високите честоти, които са съпоставени с кристали, които са над 1MHz.


За преодоляване на този проблем е проектиран кристалният генератор Colpitts. Той ще работи на по-високи честоти. В този осцилатор, LC верига на резервоара който осигурява трептенията с обратна връзка е заменен от кварцов кристал.

Диаграма на кристалния осцилатор

Диаграма на кристалния осцилатор

Кристален осцилатор работи

Схемата на кристалния генератор обикновено работи на принципа на обратния пиезоелектричен ефект. Приложеното електрическо поле ще доведе до механична деформация на някои материали. По този начин той използва механичния резонанс на вибриращия кристал, който е направен с пиезоелектричен материал за генериране на електрически сигнал с определена честота.

Обикновено кварцовите кристални осцилатори са силно стабилни, състоят се от добър качествен фактор (Q), те са с малки размери и са икономически свързани. Следователно, веригите на кварцов кристал са по-добри в сравнение с други резонатори като LC вериги, камертони. Като цяло в Микропроцесори и микро контролери ние използваме 8MHz кристален осцилатор.

Еквивалентът електрическа верига също описва кристалното действие на кристала. Просто погледнете еквивалентната електрическа схема, показана по-горе. Основните компоненти, използвани във веригата, индуктивност L представлява кристална маса, капацитет C2 представлява съответствие и C1 се използва за представяне капацитета което се формира поради механичното формоване на кристала, съпротива R представлява триенето на вътрешната структура на кристала, Схемата на кварцовия кристален осцилатор се състои от два резонанса като последователен и паралелен резонанс, т.е. две резонансни честоти.

Кристален осцилатор работи

Кристален осцилатор работи

Последователният резонанс възниква, когато реактивното съпротивление, произведено от капацитет C1, е равно и противоположно на реактивното съпротивление, получено от индуктивност L. fr и fp представляват съответно последователни и паралелни резонансни честоти и стойностите на „fr“ и „fp“ могат да бъдат определени с следните уравнения, показани на фигурата по-долу.

Горната диаграма описва еквивалентна схема, графика на графика за резонансна честота, формули за резонансни честоти.

Използване на кристален осцилатор

Като цяло знаем, че при проектирането на микропроцесори и микроконтролери, кристалните осцилатори се използват за осигуряване на тактовите сигнали. Например, нека помислим 8051 микроконтролери , в този конкретен контролер една външна кристална осцилаторна верига ще работи с 12MHz, което е от съществено значение, въпреки че този 8051 микроконтролер (базиран на модел) е в състояние да работи на 40 MHz (макс.) трябва да осигурява 12MHz в повечето случаи, защото за машинен цикъл 8051 изисква 12 тактови цикъла, така че да се осигури ефективна честота на цикъла при 1MHz (като се вземат 12MHz часовник) до 3.33MHz (като се вземат максималните 40MHz часовник). Този конкретен кристален осцилатор, който има честота на цикъла от 1MHz до 3.33MHz, се използва за генериране на тактови импулси, необходими за синхронизирането на всички вътрешни операции.

Приложение на кристален осцилатор

Има различни приложения за кристални осцилатори в различни области и някои от приложенията на кристалните осцилатори са дадени по-долу

Приложение на Cryp Oscillator на Colpitts

Осцилатор на Colpitts се използва за генериране на синусоидален изходен сигнал при много високи честоти. Този генератор може да се използва като различни видове сензори като температурни сензори Поради SAW устройството, което използваме във веригата на Colpitts, то усеща директно от повърхността си.

Кристален осцилатор на Colpitts

Кристален осцилатор на Colpitts

Приложенията на осцилаторите на Colpitts включват предимно там, където се използва широкият диапазон от честоти. Използва се и при незаглушени и непрекъснати трептения. Използвайки някои устройства във веригата на Colpitts, можем да постигнем по-голяма стабилност на температурата и висока честота.

Колпитс, използван за развитието на мобилни комуникации и радиокомуникации.

Приложения на Armstrong Crystal Oscillator

Тази схема е била популярна до 40-те години на миналия век. Те се използват широко в регенеративните радиоприемници. В този вход радиочестотният сигнал от антената се свързва магнитно в веригата на резервоара чрез допълнителна намотка и обратната връзка се намалява, за да се получи контрол в контура за обратна връзка. И накрая, той произвежда теснолентов радиочестотен филтър и усилвател. В този кристален осцилатор LC резонансната верига се заменя с контури за обратна връзка.

Кристален осцилатор Армстронг

Кристален осцилатор Армстронг

Във военното и космическото пространство

За ефективна комуникационна система, кристалните осцилатори се използват във военната и космическата сфера. The комуникационна система е да установи и за целите на навигацията и електронната война в системите за насочване

В Изследвания и измервания

Кристалните осцилатори се използват при изследване и измерване за небесната навигация и целта на космическото проследяване, в медицински устройства и в измервателните уреди.

Промишлени приложения на кристален осцилатор

Има много индустриални приложения на кристалния осцилатор. Те се използват широко в компютри, прибори, цифрови системи, във фазово заключени контурни системи, модеми, морски транспорт, телекомуникации, в сензори, а също и в дискови устройства.

Crystal Oscillator се използва и в управлението на двигателя, часовника и бордови компютър, стерео и в GPS системи. Това е приложение за автомобили.

Кристалните осцилатори се използват в много потребителски стоки. Например системи за кабелна телевизия, видеокамери, персонални компютри, играчки и видео игри, клетъчни телефони, радио системи. Това е потребителското приложение на Crystal Oscillator.

Това е всичко за това, което е Кристален осцилатор , работи и приложения. Вярваме, че информацията, дадена в тази статия, е полезна за вас за по-добро разбиране на тази концепция. Освен това, всякакви въпроси относно тази статия или каквато и да е помощ при изпълнението проекти за електричество и електроника , можете да се обърнете към нас, като коментирате в раздела за коментари по-долу. Ето един въпрос към вас, каква е основната функция на кристалния осцилатор?

Кредити за снимки: